How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Traduttore: Sara Tirabassi Revisore: Alessandra Tadiotto

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

Immagina un aereo che voli a un millimetro da terra

and circling the Earth once every 25 seconds

e che faccia un giro intorno al mondo ogni 25 secondi

while counting every blade of grass.

contando nel contempo ogni filo d'erba.

Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand,

Rimpicciolisci il tutto fino a farlo stare nel palmo di una mano,

and you'd have something equivalent to a modern hard drive,

e avrai qualcosa che assomiglia a un moderno disco rigido,

an object that can likely hold more information than your local library.

in grado di contenere più informazioni della biblioteca della tua città.

So how does it store so much information in such a small space?

Ma come si fa a immagazzinare così tante informazioni in così poco spazio?

At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs

In ogni hard disk c'è una serie di piatti che girano ad alta velocità

with a recording head flying over each surface.

con una testina di registrazione che ne sfiora ciascuna superficie.

Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains,

Ogni piatto è coperto da uno strato di microscopici grani metallici magnetizzati,

and your data doesn't live there in a form you can recognize.

ed è lì che i dati vengono salvati anche se non riesci a leggerli.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

Vengono infatti memorizzati sotto forma di uno schema magnetico

formed by groups of those tiny grains.

formato da gruppi di questi piccoli grani.

In each group, also known as a bit,

In ogni gruppo, che prende il nome di bit,

all of the grains have their magnetization's aligned

la magnetizzazione di ogni grano è allineata alle altre,

in one of two possible states,

in una delle due direzioni possibili,

which correspond to zeroes and ones.

che corrispondono ai numeri zero e uno.

Data is written onto the disc

I dati vengono scritti sul disco

by converting strings of bits into electrical current

convertendo stringhe di bit in corrente elettrica

fed through an electromagnet.

che passa poi attraverso un elettromagnete.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

Questo magnete genera un campo sufficiente a modificare la direzione

of the metal grain's magnetization.

di magnetizzazione dei grani metallici.

Once this information is written onto the disc,

Una volta che le informazioni sono state scritte sul disco,

the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form,

un lettore magnetico è in grado di riconvertirle in una forma utilizzabile,

much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.

proprio come la puntina di un giradischi trasforma i solchi di un vinile in musica.

But how can you get so much information out of just zeroes and ones?

Ma come si fa a ottenere così tante informazioni con solo numeri zero e uno?

Well, by putting lots of them together.

Beh, mettendone tanti assieme.

For example, a letter is represented in one byte, or eight bits,

Ad esempio, una lettera corrisponde a un byte, cioè 8 bit,

and your average photo takes up several megabytes,

e una foto normalmente occupa diversi megabyte,

each of which is 8 million bits.

ciascuno dei quali corrisponde a 8 milioni di bit.

Because each bit must be written onto a physical area of the disc,

Dato che ogni bit deve essere scritto in una zona fisica del disco,

we're always seeking to increase the disc's areal density,

siamo sempre alla ricerca di un modo per aumentarne la densità superficiale

or how many bits can be squeezed into one square inch.

cioè il numero di bit che possiamo salvare in un centimetro quadrato del disco.

The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch,

Oggi gli hard disk hanno una densità di quasi 100 gigabit per centimetro quadrato,

300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.

300 milioni di volte maggiore rispetto al primo hard disk IBM del 1957.

This amazing advance in storage capacity

Per aumentare così tanto la capacità di memoria

wasn't just a matter of making everything smaller,

non è stato sufficiente rendere tutto più piccolo,

but involved multiple innovations.

sono state necessarie diverse innovazioni.

A technique called the thin film lithography process

Con la tecnica della litografia ottica

allowed engineers to shrink the reader and writer.

gli ingegneri hanno rimpicciolito le testine che scrivono e leggono il disco.

And despite its size, the reader became more sensitive

E pur essendo più piccolo, il lettore è diventato più sensibile

by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.

grazie alle nuove scoperte sulle proprietà magnetiche e quantistiche della materia.

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

I bit possono stare sempre più vicini tra loro grazie ad algoritmi matematici

that filter out noise from magnetic interference,

che filtrano il rumore dovuto alle interferenze magnetiche,

and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.

trovando la sequenza di bit più plausibile in ogni porzione del segnale di rilettura.

And thermal expansion control of the head,

Inoltre il controllo termico della testina,

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

consentito da un'unità di riscaldamento posta sotto la testina stessa,

allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface,

le permette di mantenersi a meno di cinque nanometri dalla superficie,

about the width of two strands of DNA.

una distanza pari a quella tra i due filamenti del DNA.

For the past several decades,

Negli ultimi decenni

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

la crescita esponenziale delle capacità di memoria e di calcolo dei computer

has followed a pattern known as Moore's Law,

ha seguito un andamento chiamato Legge di Moore,

which, in 1975, predicted that information density would double every two years.

che nel 1975 pronosticò il raddoppio della densità di informazione ogni due anni.

But at around 100 gigabits per square inch,

Ma, arrivati a 15,3 gigabit per centimetro quadrato,

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

rimpicciolire ancora i grani magnetici o stiparli più vicini tra loro

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

diventa rischioso a causa del superparamagnetismo.

When a magnetic grain volume is too small,

Quando il volume di un grano magnetico è troppo piccolo

its magnetization is easily disturbed by heat energy

la sua magnetizzazione viene facilmente perturbata dal calore

and can cause bits to switch unintentionally,

e può causare lo scambio involontario di alcuni bit,

leading to data loss.

e una conseguente perdita di dati.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

Gli scienziati hanno trovato una soluzione semplicissima a questo problema:

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

cambiare la direzione di scrittura da longitudinale a perpendicolare,

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

per arrivare a una densità superficiale di 150 gigabit per centimetro quadrato.

Recently, the potential limit has been increased yet again

Recentemente il limite massimo è aumentato ancora,

through heat assisted magnetic recording.

grazie alla registrazione magnetica termoassistita.

This uses an even more thermally stable recording medium,

Questa tecnica sfrutta un materiale termicamente ancora più stabile,

whose magnetic resistance is momentarily reduced

la cui resistenza magnetica viene temporaneamente ridotta

by heating up a particular spot with a laser

riscaldando con un laser un punto preciso

and allowing data to be written.

e permettendo così la scrittura dei dati.

And while those drives are currently in the prototype stage,

Anche se questi hard disk sono ancora dei semplici prototipi,

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

gli scienziati hanno già un altro asso nella manica:

bit-patterned media,

i supporti configurati,

where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures,

in cui i bit sono posizionati in nanostrutture separate

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

che potenzialmente permettono densità di 3 terabit per centimetro quadrato

or more.

e oltre.

So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers,

È quindi grazie agli sforzi congiunti di generazioni di ingegneri,

material scientists,

scienziati dei materiali,

and quantum physicists

ed esperti di fisica quantistica

that this tool of incredible power and precision

che questo strumento incredibilmente potente e preciso

can spin in the palm of your hand.

occupa a malapena il palmo di una mano.